JP4879828B2 - Flip chip bonding method and flip chip bonding apparatus - Google Patents
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Description
本発明はフリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置に関し、より詳細には、半導体素子を支持してボンディングするボンディングヘッドの構成を特徴とするフリップチップボンディング装置に関する。 The present invention relates to a flip chip bonding method and a flip chip bonding apparatus, and more particularly, to a flip chip bonding apparatus characterized by a configuration of a bonding head for supporting and bonding a semiconductor element.
フリップチップボンディングは半導体素子を基板に実装する方法として広く行われている。図5は半導体素子をフリップチップボンディングする際に用いられるフリップチップボンディング装置のボンディングヘッド100の構成とボンディング方法を示す。
図5(a)に示すように、ボンディングヘッド100は半導体素子10をエア吸着によって支持するヘッド部30と、ヘッド部30を昇降させるヘッド軸40とを備える。ヘッド部30は半導体素子10を吸着支持するアタッチ部30aと、放熱フィン部30bと、ヒータアタッチ部30cとを備え、ヒータアタッチ部30c、放熱フィン部30b、アタッチ部30aの内部を経由して、アタッチ部30aの半導体素子10の吸着面で一端が開口するエア流路32が設けられている。ヘッド軸40はエアベアリングを利用してガイド部42により摺動可能に支持されている。
Flip chip bonding is widely performed as a method for mounting a semiconductor element on a substrate. FIG. 5 shows a configuration of a
As shown in FIG. 5A, the
フリップチップボンディングでは、図5(a)に示すように、アタッチ部30aに半導体素子10をエア吸着し、ベース25に支持された基板20の接続パッド22と半導体素子10のバンプ12とを位置合わせし、次いで、図5(b)に示すように、バンプ(例えば金バンプ)12を接続パッド22の表面にプリコートされているはんだ24に接触させ加熱して溶融し、さらにバンプ12を接続パッド22に当接させて押圧し、はんだ24を硬化させて接合する。
In the flip-chip bonding, as shown in FIG. 5A, the
ヘッド軸40をエアベアリングによって支持しているのは、ヘッド軸40の摺動抵抗を低減させ、押圧荷重を高精度に制御して確実にフリップチップ接続できるようにするためである。ヘッド軸40をエアベアリングによって支持する方法は、ローラによってヘッド軸40をガイドして昇降させる方法と比較してはるかに摺動抵抗が小さく、高精度の接合精度が求められる製品には有効に用いられる。エアベアリング機能を備えた半導体素子のフリップチップボンディング装置が従来、提案されている(特許文献1、2参照)
ところで、近年は半導体素子が高密度化し、バンプが狭ピッチとなってきており、基板20に形成される接続パッド22も狭ピッチ化し、これとともに接続パッド22のパターン幅も数十μmときわめて微細に形成されている。このため、半導体素子10を基板20にフリップチップボンディングした際に、半導体素子10のバンプ12と接続パッド22とが位置ずれし、正確に接続されないために製品不良になるという問題が生じている。
By the way, in recent years, the density of semiconductor elements has increased, and the bumps have become narrow pitches. The
半導体素子10を基板20にフリップチップボンディングする際は、基板20の接続パッド22と半導体素子10のバンプ12の配置をカメラによって検知し、接続パッド22とバンプ12とを位置合わせして接合する。しかしながら、接続パッド22とバンプ12の製造上の公差による位置ずれ、フリップチップボンディングの際の半導体素子10と基板20との熱膨張差、認識カメラの測定誤差等によって、完全に位置ずれをゼロとして接合することは不可能である。その結果、接続パッド22に対し半導体素子10のバンプ12が位置ずれした状態で接合されることが生じ得る。
When the
図6は、接続パッド22に対してバンプ12が位置ずれした状態を示したもので、図6(a)は、接続パッド22に平坦状にはんだ24をプリコートした場合、図6(c)は接続パッド22に山形に盛り上がった形状にはんだ24をプリコートした場合について示す。
フリップチップボンディングでは、バンプ12をはんだ24に当接させ、はんだ24を軟化させて若干押し下げながら溶融させる。したがって、バンプ12が接続パッド22に対して位置ずれした状態で押圧すると、図6(b)、(d)に示すように、はんだ24の斜面にバンプ12が当接し、バンプ12に対してバンプ12を横方向に偏位させる向きに横荷重が作用する。この横荷重は、図6(d)に示すように、はんだ24が山形にプリコートされている場合にはより強く作用し、エアベアリングは横方向の荷重に対しては弱いため、図6(c)に示すように、ボンディング装置のヘッド軸40が横方向に偏位し、バンプ12が接続パッド22に対してさらに位置ずれして接合されるという結果を招く。
FIG. 6 shows a state in which the
In flip chip bonding, the
図6(c)、(d)に示すように、接続パッド22に山形に盛り上がるようにはんだ24がプリコートされるようになってきたのは、接続パッド22のパターン幅が20μmといったように狭幅になってきたため、接続パッド22に供給するはんだ24の量を厚さによって補完するためである。
ヘッド軸40とガイド部42とのエアベアリングによる空隙は5μm程度であるが、最近の半導体装置は接続パッド22のピッチが狭くなっているから、数μm程度の位置ずれであっても製品の製造精度、信頼性、歩留まりの点で無視できない。はんだ24の凸形を抑えるため、はんだ24をプリコートした後に、平押し成形によってはんだ24の頂部を平坦化する方法も考えられるが、この方法の場合は、押し型にはんだ24が転写されるといった不具合も生じるため現実的ではない。
As shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), the
The air bearing gap between the
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、エアベアリング作用を備えたボンディングヘッドを用いてフリップチップボンディングする際に、半導体素子のバンプと基板に形成された接続パッドとの位置ずれを抑えて、正確なフリップチップボンディングを可能とし、高密度化されている半導体装置の製造に好適に使用することができるフリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems. When flip-chip bonding is performed using a bonding head having an air bearing function, a positional deviation between a bump of a semiconductor element and a connection pad formed on a substrate is achieved. It is an object of the present invention to provide a flip chip bonding method and a flip chip bonding apparatus that can accurately use flip chip bonding and can be suitably used for manufacturing a high-density semiconductor device.
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、ボンディングヘッドにより半導体素子を加熱して支持し、半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程と、該導電材を溶融する工程に引き続いて、前記バンプを前記接続パッドに当接させ、前記ボンディングヘッドにより半導体素子を基板に加圧する工程とを備えるフリップチップボンディング方法において、前記ボンディングヘッドは、前記半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、前記ヘッド軸の押圧方向への移動をエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを備え、前記導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記規制手段による規制を解除し、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とする。なお、ガイド部によりヘッド軸をガイドして加圧する際には、エアベアリング作用によってヘッド軸がガイドされて加圧される。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
That is, a process in which a semiconductor element is heated and supported by a bonding head, and a conductive material is melted while pressing a bump formed on the semiconductor element in contact with a bonding conductive material attached to a connection pad of a substrate. And subsequent to the step of melting the conductive material, the step of bringing the bump into contact with the connection pad and pressurizing the semiconductor element against the substrate by the bonding head. A head portion that supports the semiconductor element, a head shaft that supports the head portion, a guide portion that guides movement of the head shaft in the pressing direction by an air bearing action, and a direction orthogonal to the pressing direction of the head shaft In the lateral direction, and in the step of melting the conductive material, the regulation is provided. In the step of restricting the lateral displacement of the head axis by means and pressing the semiconductor element against the substrate and pressing the semiconductor element against the substrate, the restriction by the restricting means is released, and the guide portion The head shaft is guided and pressurized. When the head shaft is guided and pressurized by the guide portion, the head shaft is guided and pressurized by the air bearing action.
また、前記半導体素子をボンディングヘッドに支持し、前記基板をベースに支持した後、前記バンプと接続パッドとをボンディング位置に位置合わせする位置合わせ工程を備えることにより、バンプと接続パッドとが正確に接合される。
また、前記半導体素子を基板に加圧する工程に引き続き、前記ボンディングヘッドを強制的に冷却し、前記導電材を硬化させて半導体素子を基板に接合する工程を備えることにより、効率的に半導体素子が基板に接合される。
Further, after the semiconductor element is supported by the bonding head and the substrate is supported by the base, the bump and the connection pad are accurately arranged by aligning the bump and the connection pad with the bonding position. Be joined.
Further, following the step of pressurizing the semiconductor element to the substrate, the step of forcibly cooling the bonding head, curing the conductive material, and bonding the semiconductor element to the substrate efficiently provides the semiconductor element. Bonded to the substrate.
また、半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、該ヘッド軸の押圧方向への移動ををエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを有するボンディングヘッドを備えたフリップチップボンディング装置であって、前記ヘッド軸と前記ガイド部との一方に規制手段を、他方に前記規制手段と干渉しない非干渉部を設け、前記ボンディングヘッドにより半導体素子を支持して半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、前記導電材が溶融し、前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記ヘッド軸と前記ガイド部とを相対的に移動させ、前記規制手段を前記非干渉部に位置させ、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とする。 A head portion supporting the semiconductor element; a head shaft supporting the head portion; a guide portion for guiding movement of the head shaft in the pressing direction by an air bearing; and the pressing direction of the head shaft. A flip-chip bonding apparatus comprising a bonding head having a restricting means for restricting displacement in a lateral direction perpendicular to the head, wherein the restricting means is provided on one of the head shaft and the guide portion, and the restricting means is provided on the other. A non-interference part that does not interfere with the substrate is provided, and the semiconductor element is supported by the bonding head, and the bump formed on the semiconductor element is brought into contact with the bonding conductive material attached to the connection pad of the substrate and pressed to conduct electricity. In the step of melting the material, the displacement of the head axis is regulated by the regulating means to press the semiconductor element against the substrate, and the conductive In the step of pressurizing the semiconductor element against the substrate, the head shaft and the guide portion are relatively moved, the regulating means is positioned at the non-interference portion, and the guide portion causes the head shaft to move. The pressure is guided and pressurized.
また、前記規制手段が、前記ガイド部に取り付けられ、前記ヘッド軸の側面に当接して転動するローラであり、前記非干渉部が、前記ヘッド軸の側面に形成された逃げ凹部であることにより、規制手段によってヘッド軸の横方向への変位が規制される状態と、規制を解除する状態とを容易に切り替えることが可能となる。
また、前記ヘッド部は、半導体素子をエア吸着して支持するアタッチ部と、前記導電材を硬化させる際にヘッド部を冷却するための放熱フィン部と、前記導電材を溶融する温度にヘッド部を加圧するヒータが内蔵されたヒータアタッチ部とを備えることにより、フリップチップボンディング操作を効率的に行うことができる。
Further, the restricting means is a roller attached to the guide portion and rolling in contact with the side surface of the head shaft, and the non-interference portion is a relief recess formed on the side surface of the head shaft. Thus, it is possible to easily switch between a state in which the displacement of the head axis in the lateral direction is restricted by the restriction means and a state in which the restriction is released.
The head unit includes an attachment unit that supports the semiconductor element by air adsorption, a heat dissipating fin unit for cooling the head unit when the conductive material is cured, and a temperature at which the conductive material is melted. Flip chip bonding operation can be performed efficiently by providing a heater attachment portion with a built-in heater that pressurizes.
本発明に係るフリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置によれば、導電材を溶融する工程においては、ボンディングヘッドのヘッド軸が横方向に変位することが規制されることにより、バンプが接続パッドに対して位置ずれすることが防止され、半導体素子を基板に加圧する工程においては規制手段が解除され、エアベアリング作用によって半導体素子が基板に加圧されることにより、所定の加圧力に精度よく制御されて加圧される。これにより、バンプと接続パッドとを高精度にフリップチップボンディングすることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができ、製造段階における不良品の発生を抑えることが可能となる。 According to the flip chip bonding method and the flip chip bonding apparatus according to the present invention, in the step of melting the conductive material, the displacement of the head axis of the bonding head in the lateral direction is restricted, so that the bump becomes the connection pad. In the process of pressing the semiconductor element against the substrate, the restricting means is released, and the semiconductor element is pressed against the substrate by the air bearing action, thereby accurately controlling to a predetermined pressure. And pressurized. As a result, the bump and the connection pad can be flip-chip bonded with high accuracy, the reliability of the semiconductor device can be improved, and the occurrence of defective products in the manufacturing stage can be suppressed.
以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。
(フリップチップボンディング装置の構成)
図1は本発明に係るフリップチップボンディング装置の主要構成部分であるボンディングヘッドの構成を示す。本実施形態のボンディングヘッド100は、半導体素子10を支持するヘッド部30と、ヘッド部30を昇降駆動するヘッド軸40とを備える。ヘッド部30は、半導体素子10を吸着支持するアタッチ部30aと、放熱フィン部30bと、ヒータアタッチ部30cとから構成される。ヘッド軸40はガイド部42により、エアベアリング作用によって昇降方向がガイドされる。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(Configuration of flip chip bonding equipment)
FIG. 1 shows a configuration of a bonding head which is a main component of a flip chip bonding apparatus according to the present invention. The
アタッチ部30aは吸着支持する半導体素子10と同一の平面形状となるブロック体に形成される。放熱フィン部30bは、ヘッド部30を熱放散させるために設けられたもので、外周側に放熱フィンが形成されている。
ヒータアタッチ部30cは、はんだ24が溶融する温度にまでヘッド部30を加熱するためのもので、ヒータ(不図示)を内蔵している。ヒータには通電装置が接続され、通電装置は制御部によってヒータへの通電が制御される。ヒータアタッチ部30cも平面形状が矩形に形成される。
The
The heater attach
半導体素子10をアタッチ部30aにエア吸着するためのエア流路32が、アタッチ部30a、放熱フィン部30b、ヒータアタッチ部30cのそれぞれの内部を連通して設けられている。エア流路32の一端32aは、半導体素子10の裏面が当接するアタッチ部30aの下面中央部で開口する。エア流路32の他端は、ヒータアタッチ部30cの側面に開口し、エア流路32に連通してヒータアタッチ部30cの側面に、エア吸引装置に連絡する配管(不図示)が取り付けられる。
放熱フィン部30bにはエアブロー装置(不図示)が接続され、放熱フィン部30bから放熱させる際に放熱フィンの間から冷却用のエアが放出されるよう構成される。
上記アタッチ部30a、放熱フィン部30bおよびヒータアタッチ部30cは、銅あるいはアルミニウム等の熱伝導性の良好な素材によって形成される。
An
An air blow device (not shown) is connected to the radiating
The attach
ヘッド部30を支持するヘッド軸40は、平面形状が四角形のブロック体に形成される。図1(b)は、ヘッド軸40とガイド部42の平面配置を示したもので、ヘッド軸40を囲む配置に、ヘッド軸40の側面との間に5μm程度の摺動用の隙間をあけてガイド部42が配置されている。
本実施形態においては、ヘッド軸40が横方向に偏位することを防止する規制手段として、ガイド部42の下端と上端にヘッド軸40の側面に当接して転動する規制用のローラ44a、44bを設けたことを特徴とする。
The
In the present embodiment, as a restricting means for preventing the
ヘッド軸40とガイド部42とは半導体素子10を基板20に押圧する方向(上下方向)に相対的に移動可能に形成されている。ヘッド軸40の側面には、ヘッド軸40がガイド部42に対して相対的に下動した際に、ローラ44a、44bがヘッド軸40の側面から離間し、ローラ44a、44bがヘッド軸40の横方向(水平方向)の偏位を規制する作用を回避する逃げ凹部46a、46bが設けられている。逃げ凹部46a、46bは、各々のローラ44a、44bの配置位置に隣接して設けられ、逃げ凹部46a、46bとヘッド軸40の側面との間は傾斜面に形成される。
The
(フリップチップボンディング工程)
図2、3に上記ボンディングヘッドを備えたフリップチップボンディング装置を用いて半導体素子10を基板20にフリップチップボンディングする工程を示す。
図2(a)は、ベース25に基板20を位置合わせしてセットし、ボンディングヘッドに半導体素子10をエア吸着した状態を示す。基板20はベース25にエア吸着して支持される。半導体素子10はエア流路32を介してエア吸引機構によりアタッチ部30aの下面に裏面がエア吸着されて支持される。
(Flip chip bonding process)
FIGS. 2 and 3 show a process of flip-chip bonding the
FIG. 2A shows a state in which the
本実施形態では、基板20に形成した接続パッド22にはSn系のはんだ24を供給して半導体素子10を基板20に接合する。ヘッド部30に半導体素子10を吸着支持した後、ヒータアタッチ部30cに接続されている通電装置によるヒータ加熱をONとし、Sn系のはんだ24が溶融する300℃程度にヒータアタッチ部30cを加熱開始する。基板20を支持するベース25は100℃程度に加温する。なお、半導体素子10のバンプ12を接続パッド22に接合するはんだ材にはSn系のはんだに限らず、適宜導電材が使用され、使用する導電材に合わせて半導体素子10の加熱温度、ベース25の加熱温度を設定すればよい。
In this embodiment, Sn-based
図2(b)は、ヘッド部30に支持された半導体素子10のバンプ12(本実施形態では金バンプ)と基板20に形成された接続パッド22の平面位置をカメラ50によって検知し、バンプ12と接続パッド22とを位置合わせする工程である。この位置合わせ工程では、カメラ50によって検知されたバンプ12の配置と接続パッド22の配置の位置ずれを補正するようにボンディングヘッドを移動(平面方向およびθ方向)させて位置合わせする。ボンディングヘッドを移動させるかわりに、ベース25を回転調整機構付きのX-Yステージに支持して位置合わせすることもできる。
In FIG. 2B, the planar position of the bump 12 (gold bump in the present embodiment) of the
半導体素子10と基板20とを位置合わせした後、接続パッド22に被着されているはんだ24に半導体素子10のバンプ12が接触する位置までヘッド部30を降下させ、はんだ24を溶融させる(図2(c))。バンプ12をはんだ24に当接させるまで降下させる際には、ボンディングヘッド100のヘッド軸40とガイド部42とは相対的に位置ずれせずに降下する。すなわち、ローラ44a、44bはヘッド軸40の側面に当接した状態で降下する。
ヘッド部30のヒータアタッチ部30cは300℃程度に加熱されており、放熱フィン部30bおよびアタッチ部30aから半導体素子10に熱伝導し、バンプ12がはんだ24に接触することによってはんだ24が溶融しはじめる。
After aligning the
The
図2(d)は、はんだ24中にバンプ12をゆっくりと沈み込ませるようにヘッド部30を降下させてはんだ24を溶融させる工程である。
バンプ12をはんだ24に接触させる操作は、はんだ24を溶融させることを主たる目的とするが、はんだ24は溶融するまでは固体であるから、ヘッド部30によって半導体素子10を押し下げてバンプ12によってはんだ24を加圧すると、前述したようにヘッド部30は横荷重を受ける。
FIG. 2D shows a step of melting the
The operation of bringing the
これに対して、本実施形態では、はんだ24にバンプ12が接触して溶融する状態においては、図2(d)に示すように、ヘッド軸40の側面にガイド部42に支持されたローラ44a、44bが当接しているから、ローラ44a、44bによってヘッド軸40が横方向に偏位することが規制される。すなわち、半導体素子10のバンプ12が接続パッド22にプリコートされたはんだ24に接触し、バンプ12に横方向の荷重が作用しても本実施形態では、ヘッド軸40が横方向に偏位することがなく、あらかじめ設定された位置決め位置にしたがってバンプ12が降下しながらはんだ24が溶融される。
On the other hand, in this embodiment, in a state where the
このバンプ12をはんだ24に接触させてはんだ24を溶融させる操作においては、はんだ24にはそれほど強い加圧力を作用させるものではないが、エアベアリングは横方向に偏位しやすいことから、ローラ44a、44bによってヘッド軸40の横方向への偏位を規制してはんだ24を溶融させる操作は、フリップチップボンディングにおいて半導体素子10を位置ずれさせずに基板20に搭載する方法として有効である。
In the operation of melting the
はんだ24が溶融したら、ヘッド部30をさらに下降させ、接続パッド22の表面にバンプ12を当接させた状態で所定の加圧力によってバンプ12を加圧し、バンプをつぶすようにする(図3(a))。この接続パッド22にバンプ12を当接させてバンプ12をつぶす操作は、半導体素子10に形成されたすべてのバンプ12を確実に接続パッド22に接合するための操作であり、接合部に所定の加圧力が作用するように、エアベアリングによってヘッド軸40をガイド支持し、低摺動抵抗下において加圧することが有効である。
When the
本実施形態では、バンプ12が接続パッド22に当接する位置までヘッド部30が下降した状態で、ヘッド軸40の側面に当接していたローラ44a、44bがヘッド軸40の側面に形成した逃げ凹部46a、46bの位置に移動し、ヘッド軸40とガイド部42とがエアベアリングによって支持される。図3(a)は、ヘッド軸40がガイド部42に対して相対的に下動し、ローラ44a、44bがヘッド軸40の側面に形成された逃げ凹部46a、46bの位置まで移動した状態を示す。ローラ44a、44bが逃げ凹部46a、46bの位置まで移動することによって、ローラ44a、44bはヘッド軸40の側面から離間し、ヘッド軸40とは干渉しない状態になる。これによって、ヘッド軸40はガイド部42によって摺動支持され、半導体素子10は所定の加圧力で基板20に加圧される。
In the present embodiment, the relief recesses formed on the side surface of the
図3(b)は、バンプ12を所定圧力で接続パッド22に加圧した後、ヘッド部30を冷却開始し、はんだ24を硬化させる工程を示す。通電装置によるヒータアタッチ部30cへの通電をOFFにするとともに、エアブロー装置を起動させ放熱フィン部30bからエアを放出させ、放熱フィン部30bにより半導体素子10、バンプ12を介してはんだ24を強制的に冷却開始する。
この冷却工程は、半導体素子10をエア流路32を介してエア吸引しアタッチ部30aにエア吸着した状態で行う。放熱フィン部30bの放熱作用を利用することによってはんだ24を効率的に硬化させることができる。図3(c)は、ヘッド部30が温度降下し、はんだ24が硬化した状態を示している。
FIG. 3B shows a process of starting the cooling of the
This cooling process is performed in a state in which the
はんだ24が硬化した後、エア流路32によるエア吸引を停止し、ヘッド部30を上昇させる。図3(d)は、半導体素子10が基板20に接合され、ヘッド部30が上位置に上昇した状態を示している。ヒータアタッチ部30cは通電がOFFとなって温度降下し、放熱フィン部30bもエアブローによって温度降下している。
この状態から次回のフリップチップボンディング操作に移行する。すなわち、ヘッド部30が温度降下した状態でヘッド部30に次の半導体素子10がエア吸着され、上述したサイクルにしたがって、次回のフリップチップボンディング操作がなされる。
After the
The next flip chip bonding operation is shifted from this state. That is, the
本実施形態のフリップチップボンディング方法によれば、半導体素子10のバンプ12が接続パッド22の表面にプリコートされたはんだ24に当接して溶融する際に、バンプ12に横荷重が作用してもヘッド軸40が横方向に変位することがなく、したがって、バンプ12と接続パッド22との位置ずれを防止することが可能となる。また、バンプ12を最終的に接続パッド22に加圧して接合する際にはエアベアリングによってヘッド軸40を支持して加圧することによって高精度の加圧接合が可能になる。
According to the flip-chip bonding method of the present embodiment, even when a lateral load is applied to the
なお、上記実施形態では、バンプ12をはんだ24に接触させる際に、ガイド部42に対してヘッド軸40を相対的に下動させたが、ヘッド軸40が下動する際にガイド部42をヘッド軸40よりも大きく下動させることによって、ヘッド軸40がローラ44a、44bによって規制される状態からヘッド軸40がローラ44a、44bによって規制されない状態に変換するように構成することも可能である。
In the above embodiment, when the
図4に、この場合のボンディングヘッドの構成例を示す。ヘッド軸40の側面に形成する逃げ凹部46a、46bを通常時のローラ44a、44bの位置よりも下側に形成し、バンプ12をはんだ24に接触させて溶融させる際には、ヘッド軸40とローラ44a、44bとを相対的に移動させずにボンディングヘッド全体を下動させる(図4(a))。そして、バンプ12が接続パッド22に当接した状態からは、ガイド部42をヘッド軸40に対して相対的に下降させ、ローラ44a、44bをヘッド軸40の側面から離間した状態としてエアベアリングの作用により半導体素子10を基板20に向けて加圧して接合する(図4(b)ことにより、バンプ12を接続パッド22に対して位置ずれさせずに接合することができる。
FIG. 4 shows a configuration example of the bonding head in this case. When the relief recesses 46a and 46b formed on the side surface of the
なお、ヘッド軸40をガイド部42に対して規制する手段としては、上述したようにローラ44a、44bを設けるかわりに、ヘッド軸40の側面に対して容易に摺動する部材、たとえば耐磨耗性の高い硬質板をヘッド軸40の側面に当接させて規制する構成とすることもできる。このように、規制手段はヘッド軸40をガイド部42に対して所定の隙間間隔を維持するように規制するものであれば適宜素材によって形成することができる。
As a means for restricting the
また、上述した各実施の形態では、ガイド部42に規制手段としてローラ44a、44bを設ける構成としたが、規制手段はガイド部42に設けるかわりに、ヘッド軸40に設ける構成とすることもできる。規制手段はヘッド軸40とガイド部42との相互位置が変位しないように規制する目的で設けるものだからである。ヘッド軸40にローラ等の規制手段を設けた場合は、ガイド部42の内側面に規制手段と干渉しない逃げ凹部等の非干渉部を設け、バンプ12がはんだ24に接触する状態と、バンプ12が接続パッド22の表面に当接して加圧される状態とで、ヘッド軸40とガイド部42とが相互に規制される状態と、規制が解除される状態とに切り替わるように設定すればよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the
本発明に係るフリップチップボンディング装置によれば、基板20に形成された接続パッド22の表面に山形に盛り上がった形状にはんだ24が被着されている場合であっても、接続パッド22に対してバンプ12を位置決めした状態から位置ずれさせることなく半導体素子10をフリップチップボンディングすることが可能となる。これによって、接続パッド22がきわめて狭ピッチに形成された基板20に半導体素子10をフリップチップボンディングする場合であっても高精度にバンプ12と接続パッド22とを接続することができ、フリップチップボンディングによって製造する半導体装置の製造歩留まりを向上させることができ、あわせて半導体装置の信頼性を向上させることができる。
According to the flip-chip bonding apparatus according to the present invention, even when the
10 半導体素子
12 バンプ
20 基板
22 接続パッド
24 はんだ
30 ヘッド部
30a アタッチ部
30b 放熱フィン部
30c ヒータアタッチ部
32 エア流路
40 ヘッド軸
42 ガイド部
44a、44b ローラ
46a、46b 逃げ凹部
50 カメラ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該導電材を溶融する工程に引き続いて、前記バンプを前記接続パッドに当接させ、前記ボンディングヘッドにより半導体素子を基板に加圧する工程とを備えるフリップチップボンディング方法において、
前記ボンディングヘッドは、前記半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、前記ヘッド軸の押圧方向への移動をエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを備え、
前記導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、
前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記規制手段による規制を解除し、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とするフリップチップボンディング方法。 A step of heating and supporting the semiconductor element by a bonding head, and melting the conductive material while pressing the bump formed on the semiconductor element in contact with the conductive material for bonding attached to the connection pad of the substrate;
Subsequent to the step of melting the conductive material, the step of bringing the bump into contact with the connection pad and pressurizing the semiconductor element to the substrate by the bonding head,
The bonding head includes a head portion that supports the semiconductor element, a head shaft that supports the head portion, a guide portion that guides movement of the head shaft in the pressing direction by an air bearing action, and the head shaft. A regulating means for regulating displacement in a lateral direction perpendicular to the pressing direction,
In the step of melting the conductive material, the displacement of the head axis is regulated by the regulating means to press the semiconductor element against the substrate,
In the step of pressurizing the semiconductor element onto the substrate, the regulation by the regulating means is released, and the head shaft is guided and pressurized by the guide portion.
前記バンプと接続パッドとをボンディング位置に位置合わせする位置合わせ工程を備えることを特徴とする請求項1記載のフリップチップボンディング方法。 After supporting the semiconductor element on a bonding head and supporting the substrate on a base,
2. The flip chip bonding method according to claim 1, further comprising a positioning step of positioning the bump and the connection pad at a bonding position.
前記ヘッド軸と前記ガイド部との一方に規制手段を、他方に前記規制手段と干渉しない非干渉部を設け、
前記ボンディングヘッドにより半導体素子を支持して半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、
前記導電材が溶融し、前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記ヘッド軸と前記ガイド部とを相対的に移動させ、前記規制手段を前記非干渉部に位置させ、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とするフリップチップボンディング装置。 A head portion that supports the semiconductor element, a head shaft that supports the head portion, a guide portion that guides movement of the head shaft in the pressing direction by an air bearing, and a direction orthogonal to the pressing direction of the head shaft A flip-chip bonding apparatus comprising a bonding head having a regulating means for regulating displacement in a lateral direction.
A restriction means is provided on one of the head shaft and the guide part, and a non-interference part that does not interfere with the restriction means is provided on the other.
In the step of melting the conductive material while pressing the bump formed on the semiconductor element by supporting the semiconductor element by the bonding head in contact with the conductive material for bonding deposited on the connection pad of the substrate, Restricting lateral displacement of the head axis by a regulating means and pressing the semiconductor element against the substrate;
In the step of melting the conductive material and pressurizing the semiconductor element to the substrate, the head shaft and the guide portion are relatively moved, the regulating means is positioned at the non-interference portion, and the guide portion A flip chip bonding apparatus characterized in that the head shaft is guided and pressurized.
前記非干渉部が、前記ヘッド軸の側面に形成された逃げ凹部であることを特徴とする請求項4記載のフリップチップボンディング装置。 The regulating means is a roller attached to the guide portion and rolling in contact with a side surface of the head shaft;
5. The flip chip bonding apparatus according to claim 4, wherein the non-interference portion is a relief recess formed on a side surface of the head shaft.
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